PRESENTASI. Engine Propeller Matching B Series Propeller FPP. Oleh : Ede Mehta Wardana Nurhadi Raedy Anwar Subiantoro

(1)

PROGRAM PASCASARJANA TEKNOLOGI KELAUTAN

FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

PRESENTASI

Oleh :

Ede Mehta Wardana

Nurhadi

Raedy Anwar Subiantoro

(2)



Tujuan

1. Memberikan

informasi

tentang

Penggunaan

Propeller Jenis FPP pada Kapal.

2. Menganalisa data propeller FPP yang telah

dilakukan pengujian dalam menentukan matching

point.

3. Mengetahui kecocokan antara mesin induk dengan

propeller FPP yang digunakan.

(3)

Data Kapal dan Propeller

No Data Kapal Kapal Model dengan

Skala : 9.92 1 LPP 45.65 m 2 LWL 46.13 m 4.65 m 3 Breadth 9.6 m 0.968 m 4 Draught Fwd 2.75 m 0.277 m 5 Draught Aft 2.75 m 0.277 m 6 Volume 683 m3 _{0.70 m}3 7 LCB 0.54% LPP www.themegallery.com

Beberapa parameter dari kapal yang digunakan :

(1+k)

: 1.580

CA

: 0.00075

Propeller model yang digunakan adalah Type B series :

Diameter

: 1.6 m

P/D pada 0.7R

: 0.7

Ae/Ao

: 0.654

Jumlah blade Z

: 4

(4)

Hasil Pengujian Model Kapal

www.themegallery.com

Untuk mengetahui karakteristik dari kapal beberapa pengujian telah

dilakukan diantaranya Resistance Test, Open Water Test dan Ship

Propulsion Test.

1)

Resistan Test bertujuan untuk mengetahui tahanan dari kapal.

Besarnya gaya hambat total ini merupakan jumlah dari semua

komponen gaya hambat (tahanan) yang bekerja di kapal, meliputi

tahanan gesek, tahanan gelombang dan tahanan udara;

2)

Open Water Test adalah Pengujian ini dilakukan dengan memutar

propeller pada kecepatan tertentu dengan memvariasikan kecepatan

Va, sehingga akan dapat diukur nilai Speed, Rpm, Thrust dan Torque

dari Propeller. Dengan demikian akan dapat dicari effisiensi propeller

(



0) dan KT, KQ dari Open water testnya;

3)

Ship Propulsion Test adalah Pengujian ship propulsion test

dilakukan dengan speed variasi dan load variasi, dimana tujuan dari

pengujian ini adalah untuk mencari Thrust deduction factor (t) dan

wake friction (w). Pada pengujian diukur nilai Speed, Towing force,

Rpm, Thrust, Torque.

(5)

Hasil Pengujian Resistan Test

www.themegallery.com No VM RTM (m/s) (Kg) 1 0.000 0.000 2 1.638 3.588 3 1.718 4.016 4 1.802 4.305 5 1.880 4.799 6 1.970 5.092 7 2.047 5.448 8 2.127 5.902 9 2.210 6.638 10 2.292 7.660

Catatan : Pengukuran suhu kolam uji 26 deg C

(6)

Hasil Pengujian Open Water Test

www.themegallery.com No J Rps Speed (m/s) Speed (knot) Thrust (N) Torque (Nm) 0 0 21 0.000 0 89.904 1.591 1 0.050 21 0.170 1.04 85.793 1.532 2 0.100 21 0.339 2.08 81.322 1.467 3 0.150 21 0.509 3.11 76.550 1.397 4 0.200 21 0.678 4.15 71.479 1.323 5 0.250 21 0.848 5.19 66.138 1.244 6 0.300 21 1.018 6.23 60.406 1.161 7 0.350 21 1.187 7.27 54.704 1.074 8 0.400 21 1.357 8.31 48.643 0.982 9 0.450 21 1.526 9.34 42.371 0.888 10 0.500 21 1.696 10.38 35.920 0.789 11 0.550 21 1.865 11.42 29.288 0.687 12 0.600 21 2.035 12.46 22.536 0.581 13 0.650 21 2.205 13.50 15.604 0.473 14 0.700 21 2.374 14.54 8.582 0.362 15 0.750 21 2.544 15.57 1.470 0.248

(7)

Hasil Pengujian Ship Propulsion Test

VM

N

RTM

T SHAFT

Q SHAFT

(m/s)

(RPS)

(N)

(Nm)

1.649

16.706

10.59

33.92

0.637

1.811

18.954

11.06

44.07

0.836

1.869

19.027

26.49

41.52

0.801

1.869

17.026

36.28

30.07

0.583

1.97

21.506

12.71

57.87

1.106

1.971

15.027

45.21

20.16

0.394

2.138

23.812

18.48

70.61

1.363

2.303

26.213

18.53

86.28

1.680

(8)

Perhitungan Tahanan Kapal Berdasarkan Hasil

Pengujian Tahanan Model Kapal

Dari data

-pengujian resistance model kapal dilakukan perhitungan

dengan langkah-langkah sebagai berikut :

1. Menghitung bilangan Froude Number

Fn =

V

gL

Pada kecepatan model 1.9 m/s maka nilai Fn dengan nilai gravitasi 9.81 m/s

2

adalah :

Fn =

_{9.81 x 4.65}1.9

= 0.2916

2. Menghitung Reynolds Number Model

Rn =

VL_υ

Pada kecepatan pengujian 1.9 m/s maka nilai Rn model dengan nilai viscositas

kinematik (υ) = 8.64 x 10

-7

_{adalah :}

Rn(m) =

VL_υ

=

_{8.64 E;07}1.9 x 4.65

= 1.065 x10

7

3. Menghitung Coeffisient Tahanan Model(C

_TM

)

C

_T

=

1 RT

2 ρ S V2

Pada kecepatan model 1.9 m/s maka nilai coeffisien tahanan model adalah:

C

_TM

=

₁ RT

2 ρ S V2

(9)

Lanjutan :

5. Menghitung Coeffisient Tahanan Residual (C

_R

)

𝐶

_𝑅

= 𝐶

_𝑇𝑀

− 𝐶

_𝐹𝑀

(1 + 𝑘)

Pada kecepatan model 1.9 m/s maka nilai coeffisien friksi model dengan

asumsi (1+k) = 1.5800 adalah:

𝐶

_𝑅

= 𝐶

_𝑇𝑀

− 𝐶

_𝐹𝑀

1 + 𝑘 = 0.00528 − 0.00297 ∗ 1.5800 = 0.00059

6. Menghitung nilai dari Vs, Rns, C

_FS

dan C

_TS

dari kapal berdasarkan data

pengujian model kapal ditransfer ke dalam niali sebenarnya sehingga:

𝑉

_𝑠

= 𝑉

_𝑀

∗ 𝜆 (𝑚 𝑠)

Pada kecepatan 1.9 m/s maka 𝑉

_𝑠

= 1.9 ∗ 9.92 = 6.20415(𝑚 𝑠)

Rn(s) =

VS LS

υ

Pada kecepatan yang sama mempunyai nilai

Rn(s) =

6.20415∗ 46.13

1025

= 3.3134 E+08

𝐶

_𝐹𝑆

=

_{𝑙𝑜𝑔10 𝑅𝑛(𝑠);2}0.075 ₂

Pada kecepatan yang sama didapatkan nilai C

_FS

= 0.00176

𝐶

_𝑇𝑆

= 1 + 𝑘 𝐶

_𝐹𝑆

+ 𝐶

_𝑅

+ 𝐶

_𝐴

Dengan memasukkan nilai yang telah ada didapatkan nilai C

_TS

pada kecepatan

kapal 6.20415 m/s adalah 0.00413

7. Menghitung Total Tahanan Kapal R

_TS

𝑅

_𝑇𝑆

=

0.5 𝜌 𝑆 𝑉𝑆2 𝐶𝑇𝑆

1000

(𝑘𝑁)

(10)

Lanjutan :

8. Menghitung Daya Effective (PE)

PE = R

_TS

x Vs

PE = 39.06 x 6.20415 = 242.30 kW

9. Menghitung PE Service (PE

_SM

) dengan factor 15%

PE

_S

= PE * 1.15

(11)

Hasil Perhitungan Tahanan Kapal 1

www.themegallery.com MODEL V_M R_TM Fn (Rn)_M C_TM C_FM C_R (m/s) (N) 1.6382 35.20 0.2426 8.8199E+06 0.00538 0.00307 0.00054 1.7183 39.40 0.2544 9.2508E+06 0.00548 0.00304 0.00067 1.8016 42.23 0.2667 9.6992E+06 0.00534 0.00302 0.00057 1.8800 47.08 0.2783 1.0121E+07 0.00547 0.00299 0.00074 1.9698 49.95 0.2916 1.0605E+07 0.00528 0.00297 0.00059 2.0466 53.44 0.3030 1.1018E+07 0.00524 0.00295 0.00057 2.1266 57.90 0.3149 1.1449E+07 0.00525 0.00293 0.00062 2.2099 65.12 0.3272 1.1898E+07 0.00547 0.00291 0.00087 2.2916 75.14 0.3393 1.2337E+07 0.00587 0.00289 0.00130

(12)

Hasil Perhitungan Tahanan Kapal 2

www.themegallery.com KAPAL DAYA V_S (Rn)_S C_FS C_TS V_S R_TS PE PE Sm (m/s) (knots) (kN) (kW) (kW) 5.160 2.7557E+08 0.00181 0.00414 10.03 27.12 139.93 160.92 5.412 2.8903E+08 0.00180 0.00426 10.52 30.67 165.98 190.88 5.674 3.0304E+08 0.00179 0.00414 11.03 32.80 186.13 214.05 5.921 3.1623E+08 0.00178 0.00429 11.51 36.98 218.96 251.81 6.204 3.3134E+08 0.00176 0.00413 12.06 39.06 242.30 278.65 6.446 3.4426E+08 0.00176 0.00410 12.53 41.85 269.76 310.23 6.698 3.5772E+08 0.00175 0.00413 13.02 45.57 305.22 351.00 6.960 3.7173E+08 0.00174 0.00437 13.53 52.00 361.94 416.23 7.218 3.8547E+08 0.00173 0.00478 14.03 61.23 441.95 508.24

(13)

Perhitungan koefisien propeller berdasarkan pengujian Open

Water Test model propeller

Berdasarkan hasil pengujian open water test dilakukan perhitungan sebagai berikut : 1. Menghitung Thrust Coefficien (KT)

𝐾_𝑇 = _{𝜌 𝑛}𝑇₂_𝐷₄

Dari pengujian open water test pada J = 0.6 nilai Coefficien Thrust adalah: 𝐾_𝑇 = _{1000 21}22.536₂_0.16₄ = 0.0751

2. Menghitung Torque Coefficient (KQ) 𝐾_𝑄 = _{𝜌 𝑛}𝑄₂_𝐷₅

Dari pengujian open water test pada J = 0.6 nilai Coefficien Thrust adalah: 𝐾_𝑄 = 0.581

1000∗212 ∗0.165 = 0.012

10 KQ = 0.12

3. Menghitung Effisiensi Etha 0 (0)

𝐽 = 𝑉𝐴

𝑛𝐷

𝐽 = _21∗0.162.035 = 0.6

Pada J = 0.6 maka nilai dari (0) adalah: 𝜂0 = 𝐽𝐾𝑇

2𝜋𝐾𝑄

(14)

Hasil Perhitungan Open Water Test

www.themegallery.com No J Rps Speed (m/s) Thrust (N) Torque (Nm) Speed Va (knot) KT KQ 10KQ Eff 0 0.00 21 0.0000 89.904 1.591 0.000 0.2996 0.0328 0.3283 0.000 1 0.05 21 0.1696 85.793 1.532 1.038 0.2859 0.0316 0.3160 0.072 2 0.10 21 0.3392 81.322 1.467 2.077 0.2710 0.0303 0.3026 0.143 3 0.15 21 0.5088 76.550 1.397 3.115 0.2551 0.0288 0.2883 0.211 4 0.20 21 0.6783 71.479 1.323 4.153 0.2382 0.0273 0.2730 0.278 5 0.25 21 0.8479 66.138 1.244 5.191 0.2204 0.0257 0.2567 0.342 6 0.30 21 1.0175 60.406 1.161 6.230 0.2013 0.0240 0.2395 0.402 7 0.35 21 1.1871 54.704 1.074 7.268 0.1823 0.0222 0.2215 0.459 8 0.40 21 1.3567 48.643 0.982 8.306 0.1621 0.0203 0.2027 0.509 9 0.45 21 1.5263 42.371 0.888 9.344 0.1412 0.0183 0.1832 0.552 10 0.50 21 1.6959 35.920 0.789 10.383 0.1197 0.0163 0.1627 0.586 11 0.55 21 1.8654 29.288 0.687 11.421 0.0976 0.0142 0.1417 0.603 12 0.60 21 2.0350 22.536 0.581 12.459 0.0751 0.0120 0.1199 0.598 13 0.65 21 2.2046 15.604 0.473 13.497 0.0520 0.0098 0.0976 0.551 14 0.70 21 2.3742 8.582 0.362 14.536 0.0286 0.0075 0.0747 0.427 15 0.75 21 2.5438 1.470 0.248 15.574 0.0049 0.0051 0.0512 0.114

(15)

Grafik Open Water Test

www.themegallery.com 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 KT -1 0 K Q J

Diagram Open Water Test

KT 10 kQ EFF

(16)

Buat Grafik Coeffisien KT-J pada diagram Open Water

Test

Perhitungan w dan t dicontohkan pada kecepatan 12 knots kapal dimana

nilainya adalah;

1. Menghitung thrust deduction faktor :

𝑡 =

𝑇𝑇𝑃:𝐹𝐷;𝑅𝑇𝑀

𝑇_𝑇𝑃

=

57.85:12.71;49.95

57.85

= 0.35626

2. Menghitung w berdasarkan Thrust identity analysis (KT)

𝑤𝑡 𝑏𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 𝐾𝑇 =

0.567;0.357_0.567

= 0.33862

3. Menghitung w berdasarkan Torque identity analysis (KQ)

𝑤𝑡 𝑏𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 𝐾𝑄 =

0.567;0.35_0.567

= 0.38272

Jadi nilai dari w = (0.33862+0.38272)/2 = 0.36067

4. Menghitung effisiensi hull

(17)

INTERAKSI PROPELLER DAN LAMBUNG KAPAL

Dari sisi tahanan kapal, sebagaimana diketahui bahwa :

R

_T

= 0.5



C

_T

S V

_S2

R

_T

= α V

_S2

α= 0.5



C

_T

S

Bahwa gaya dorong kapal

𝑇 =

_(1;𝑡)𝑅

𝑇 =

𝛼 𝑉𝑆2 (1;𝑡)

dengan w = 1 –(Va/Vs)

𝑇

_𝑆

=

𝛼𝑉𝐴2 (1;𝑡) 1;𝑤 2

Karakteristik propeller

𝐾

_𝑇

=

_{𝜌 𝑛}𝑇₂_𝐷₄

𝑇 = 𝐾

_𝑇

𝜌 𝑛

2

𝐷

4

Maka :

𝐾

_𝑇

=

𝛼 𝑉𝐴2 1;𝑡 1;𝑤 2_{𝜌 𝑛}2_𝐷4

𝑗𝑖𝑘𝑎 𝛽 =

_{1;𝑡 1;𝑤}𝛼 ₂_{𝜌 𝐷}₂

𝐾

_𝑇

= 𝛽

𝑉𝐴2 𝑛2_𝐷2

𝐾

_𝑇

= 𝛽 𝐽

2

Menghitung nilai α = 0.5



C

_T

S = 0.5 10250.0042*479.6 = 1019.36

Menghitung nilai 𝛽 =

_{0.644∗0.6393}1014.65₂_{∗1025∗1.6}₂

= 1.476

(18)

Hasil Perhitungan KT trial dan KT-sm

www.themegallery.com No J J^2 KT-trial KTsm 0 0 0.0000 0.0000 0.0000 1 0.05 0.0025 0.0037 0.0042 2 0.1 0.0100 0.0148 0.0170 3 0.15 0.0225 0.0332 0.0382 4 0.2 0.0400 0.0591 0.0679 5 0.25 0.0625 0.0923 0.1061 6 0.3 0.0900 0.1329 0.1528 7 0.35 0.1225 0.1809 0.2080 8 0.4 0.1600 0.2362 0.2717 9 0.45 0.2025 0.2990 0.3438 10 0.5 0.2500 0.3691 0.4245 11 0.55 0.3025 0.4466 0.5136 12 0.6 0.3600 0.5315 0.6112 13 0.65 0.4225 0.6238 0.7173 14 0.7 0.4900 0.7234 0.8320 15 0.75 0.5625 0.8305 0.9551

Dengan memvariasikan nilai J dari 0 - 0.75 maka akan kita dapatkan tabel

sebagai berikut :

(19)

Grafik KT trial dan KT sm

Grafik digabung dengan diagram Open water test maka

didapatkan sebagai berikut :

(20)

Beban dari Propeller

Pada kecepatan 12 knots dari grafik KT dan open water diketahui bahwa

pada perpotongan garis KT dan grafik open water adalah :

KT Trial berpotongan dengan garis KQ-Trial pada nilai 0.021

KT-sm berpotongan dengan garis KQ-sm pada nilai 0.022

Didalam mengembangkan ‘trend’ karakteristik beban propeller, variabel yang

terlibat adalah propeller torque dan propeller speed. Untuk propeller torque

merupakan hasil pengolahan secara grafis dari hull & propeller interaction,

yaitu KQ dan KQ

_{– SM}

yang kemudian dikembangkan seperti persamaan

dibawah ini,

𝐾

_𝑄

=

_{𝜌 𝑛}𝑄₂_𝐷₅

𝑄 = 𝐾

_𝑄

𝜌 𝑛

2

𝐷

5

jika 𝛾 = 𝐾

_𝑄

𝜌 𝐷

5

maka :

𝑄 = 𝛾 𝑛

2

Sedangkan Daya yang dibutuhkan dihitung dengan rumus:

P = 2. Π.Q. n

(21)

Lanjutan

1. Untuk KQ Trial = 0.021 maka nilai Q dapat dihitung dengan

memfariasikan putaran propeller sehingga dibuat range dari

100 Rpm sampai dengan 400 Rpm, sehingga didapatkan

table berikut :

Rpm Rps Q-trial PE –Trial (kW) Pb-Trial (kW)

100 1.7 626.96 6.56 12.997 150 2.5 1410.66 22.15 43.865 200 3.3 2507.84 52.50 103.976 250 4.2 3918.51 102.53 203.078 300 5.0 5642.65 177.18 350.919 350 5.8 7680.27 281.35 557.247 400 6.7 10031.38 419.98 831.809

(22)

Lanjutan

2. Untuk KQ -sm = 0.022 maka nilai Q dapat dihitung dengan

memfariasikan putaran propeller sehingga dibuat range dari

100 Rpm sampai dengan 400 Rpm, sehingga didapatkan

table berikut :

Rpm Rps Q-sm PE-sm (kW) Pb-sm (kW) 100 1.7 656.82 6.87 13.847 150 2.5 1477.84 23.20 46.733 200 3.3 2627.27 55.00 110.774 250 4.2 4105.10 107.42 216.355 300 5.0 5911.35 185.62 373.861 350 5.8 8046.00 294.75 593.677 400 6.7 10509.06 439.98 886.189

Tabel 9. Perhitungan P-sm

(23)

Grafik hubungan daya dengan kecepatan

serta putaran propeller

www.themegallery.com 10 11 12 13 14 100 300 500 700 900 300 325 350 375 400 Spe e d (Knot s ) Day a (k W) Putaran (Rpm) Rpm Vs Daya Vs Speed P-sm P-Trial Series3 Poly. (Series3)

Catatan : Dari grafik diatas terlihat bahwa untuk mencapai kecepatan 12

knot kondisi service diperlukan putaran 342 rpm dengan daya 540 bkw.

(24)

Pengecekan Kavitasi

Data-data dari propeller B-series

yang digunakan adalah

:

D

= 1.6 m

Pitch root

= 1.12175 m

Pitch at 0.7 R

= 1.12175 m

Ap

= 0.3998 m

2

P/D at 0.7

= 0.7

Ae/Ao

= 0.654

Ap/Ao

= 0.597

Langkah-langkah yang dilakukan adalah :

1. Menghitung Thrust propeller

𝑇 =

_{1;𝑡 ∗𝑣𝑠}𝑃𝑒

𝑇 =

278.65

0.644∗6.204

= 69.772 𝑘𝑁

2. Menghitung kecepatan relative

𝑣𝑎 = 𝑣𝑠 ∗ (1 − 𝑤)

𝑣𝑎 = 6.2 ∗ 0.639 = 3.966

Vr

2

_{= Va}

2

_{+ (0,7 x}



_{x n x D)}

2

Vr

2

_{= 3.966}

2

_{+ (0,7 x 3.14x (372/60) x 1.6)}

2

Vr

2

_{= 491.154}

3. Menghitung tc

𝑡𝑐 =

_{0.5 𝜌 𝑉}𝑇/𝐴𝑝 𝑟2

𝑡𝑐 =

_{0.5∗1025∗ 491.15}69.772/0.3998

𝑡𝑐 = 0.00069

(25)

Diagram Kavitasi Bumi

Catatan :

Pada 0.7 R = 0.7 diketahui nilai tcrit adalah 0.17

Dari hasil perhitungan nilai tc < dari tcrit sehingga aman dari

kavitasi

(26)

Engine Matching

Berdasarkan data yang ada, jika engine pada speed 12 knot bekerja pada 85% MCR

maka pada 100 % engine akan bernialai sebesar 540 kw x 1.34 x 1.176 = 850 Bhp

maka dipakai mesin 1000 Bhp.

Dari pemilihan mesin didapatkan Engine Caterpillar C32 Acert A rating dengan daya

maksimum 1000 Bhp

Data spesifikasi mesin adalah sebagai berikut :

Emissions . . . ………IMO/EPA Tier 2 Compliant; EU Stage 3A Inland Waterway;

Accepted as equivalent CCNR Stage II; DnV clean design compliant

Displacement . . . ..32.1 L (1958.8 in3) Rated Engine Speed . . . 1600-2300

Bore. . . ..145 mm (5.7 in.) Stroke . . . 162 mm (6.4 in.)

Aspiration. . . ………Twin Turbocharged-Aftercooled Governor . . . Electronic

Cooling System . . . ………..Heat Exchanger or Keel Cooled Weight, Net Dry (approx.). . . …. 3220 kg (7100 lb)

Refill Capacity

Cooling System (engine only). . . ...80 L (21.1 gal) Lube Oil System (refill). . . …...138 L (36.5 gal) Oil Change Interval. . . .500 hr

Caterpillar Diesel Engine Oil 10W30 or 15W40

Rotation (from flywheel end) . . . …Counterclockwise Flywheel and flywheel housing . . . SAE No. 0

(27)

Penentuan Gigi Reduksi

Dari spek data bahwa engine bekerja pada 1000 Bhp pada 1800 Rpm

sedangkan propeller didesign 400 Rpm maka digunakan gigi reduksi.

Untuk Gigi reduksi digunakan produk Reintjers Type WAF 464 yang

mempunyai daya 1100 bhp dengan perbandingan gigi 4.577 :1

WAF 464 4.577 Rpm Engine Pbsm/k w bhp/sm 100 457.7 13.8 18.6 150 686.6 46.7 62.6 200 915.4 110.8 148.5 250 1144.3 216.4 290.0 300 1373.1 373.9 501.1 342 1565.3 553.9 742.5 350 1602.0 593.7 795.8 400 1830.8 886.2 1187.9 Caterpillar C32 Acert 1000 bhp Rpm Reintjers 4.577 BkW Bhp 600 131.09 145 194 700 152.94 190 255 900 196.64 315 422 1000 218.48 355 476 1100 240.33 400 536 1200 262.18 450 603 1400 305.88 671 899 1500 327.73 707 948 1600 349.57 746 1000 1700 371.42 746 1000 1800 393.27 746 1000

(28)

Lanjutan Daya Propeller dan Engine

Caterpillar C32 Acert 1000 bhp Demand prop Rpm Reintjers 4.577 BkW Bhp 600 131.09 28 37 700 152.94 44 59 900 196.64 93 125 1000 218.48 128 171 1100 240.33 170 228 1200 262.18 221 296 1400 305.88 351 471 1500 327.73 432 579 1600 349.57 524 702 1700 371.42 628 842 1800 393.27 746 1000